來源：潤鑄建筑工程訂閱號

裝配式建筑豎向結(jié)構(gòu)連接質(zhì)量的確保與施工工藝

詹耀裕1   廖健閔2

潤鑄建筑工程（上海）有限公司

近日有數(shù)篇文章質(zhì)疑裝配式建筑豎向結(jié)構(gòu)連接的完工質(zhì)量，甚至建議推翻現(xiàn)有的連接型式，不論任何施工工藝，工程不外是由工程人員（含政府監(jiān)督的專業(yè)人員）、工人與施工設(shè)備共同完成，其中工程人員需擔(dān)負(fù)絕大部分的責(zé)任，一個工程的失敗，不足以被舉證推翻所有的相同工藝，需探討失敗的原因及未來制止失敗的相應(yīng)規(guī)程，就如美國垮了一座橋，就要限制美國不能再蓋相同工藝的橋一樣，不能因噎廢食，傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑工藝，亦有建垮的案例，但我們一般會認(rèn)為與工藝無關(guān)，是施工人員未遵守規(guī)范而行所造成，相信裝配式建筑少數(shù)失敗的案例亦雷同，大都是操作失當(dāng)，與工藝無關(guān)，其失敗的責(zé)任是無法推給工人（農(nóng)民工）擔(dān)負(fù)的，工程人員需擔(dān)負(fù)絕大部分的責(zé)任。

裝配式建筑非新興工藝，老祖宗的裝配式木結(jié)構(gòu)早已使用在諸多廟宇建筑，20世紀(jì)初裝配式混凝土建筑被開發(fā)出來，1960年流行于法、英、北歐、蘇聯(lián)等國家，早期結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以鉸接居多，結(jié)構(gòu)剛接系統(tǒng)自余占疏博士(Dr. Alfred A.Yee)于1960年后期發(fā)明套筒續(xù)接器(Splicesleeve)方得以使用，并首次應(yīng)用于38層樓高之裝配式建筑（阿拉莫阿納酒店,檀香山,夏威夷）的預(yù)制柱續(xù)接，此后即開創(chuàng)了豎向結(jié)構(gòu)套筒續(xù)接之篇章，接下來的半個世紀(jì)中，套筒續(xù)接器技術(shù)一直持續(xù)在美國、日本和臺灣等地區(qū)進(jìn)行改良、研發(fā)、試驗(yàn)研究及應(yīng)用，采用此技術(shù)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)物在全球各地已經(jīng)歷了無數(shù)大小地震的考驗(yàn)，而近年對套筒研究最積極與提出最多研究報告的是國內(nèi)，有不少令人驚艷的成果產(chǎn)出。

套筒續(xù)接技術(shù)原理是將欲連接之兩段鋼筋插入套筒中，然后注入由水泥、細(xì)骨料與外加劑等組成的無收縮高強(qiáng)度砂漿，待灌漿料硬化后將套筒內(nèi)壁與鋼筋表面緊密的結(jié)合再一起，使應(yīng)力可以有效地傳遞。

裝配式建筑豎向結(jié)構(gòu)的連接方式，常用有『機(jī)械連接接頭』、『鋼筋倒插入套筒』、『金屬波紋管』與『鋼筋正插入套筒』等，機(jī)械連接接頭由于是干式連接，其可靠度可輕易由實(shí)驗(yàn)室印證，鋼筋倒插入套筒連接型式如下圖：

此型式之施工流程說明如下，先將底座上安裝好墊片并封模后，再把套筒內(nèi)注滿高強(qiáng)度砂漿，接下來吊裝底端留有出筋的預(yù)制柱插入接合，使多余的砂漿溢出，此種工法可確保套筒內(nèi)的高強(qiáng)度砂漿填充確實(shí)，當(dāng)預(yù)制柱起吊時要注意防止鋼筋碰撞彎折與弄臟，在高樓層時，其柱、梁節(jié)點(diǎn)需采機(jī)械連接或3D節(jié)點(diǎn)，工藝較為復(fù)雜，故一般工藝常用于獨(dú)立基腳的基礎(chǔ)上，其結(jié)構(gòu)連接是可靠的，唯一需管控的是高強(qiáng)度砂漿的攪拌，需符合砂漿廠家攪拌的規(guī)定及檢驗(yàn)，此質(zhì)量管控需由工程人員直接管理，監(jiān)理人員在旁監(jiān)管。

金屬波紋管連接，鋼筋藉由砂漿填充具備韌性的金屬波紋管的續(xù)接方式，早已被證明可以有效的傳遞拉力、壓力和剪力，且便于柱與柱、柱與基礎(chǔ)及剪力墻等節(jié)點(diǎn)的連接。國內(nèi)外也皆有相關(guān)的規(guī)范或是標(biāo)準(zhǔn)，例如：國內(nèi)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB-T6169-2006金屬波紋管中，對于金屬波紋管的結(jié)構(gòu)、波紋形狀、接口形式、制造材料及檢驗(yàn)規(guī)則等都有完整的說明。美國PCI Design Handbook 8TH中對于金屬波紋管的連接提出以下幾項(xiàng)建議，提供參考：

1.     抗拉鋼筋之錨固長度不得小于12倍鋼筋直徑。

2.     鋼筋韌性的要求須滿足耐震需求。

3.     若在結(jié)冰的氣候下，波紋套管灌漿前須避免水進(jìn)入。

4.     波紋套管壁厚不得小于0.6mm，內(nèi)徑與鋼筋間隙應(yīng)大于12.7mm。

5.     波紋套管強(qiáng)度不得小于連接部位之混凝土強(qiáng)度以及5000psi。

6.     特殊砂漿不可含金屬成分且不可收縮。

7.     波紋套管必須被鋼筋、砂漿和混凝土充分填實(shí)，以免發(fā)生脆性破壞。

    鋼筋正插入套筒連接：

此連接方式的關(guān)鍵質(zhì)量計有：1.鋼筋出筋精度的質(zhì)量2.套筒與鋼筋連接的質(zhì)量3.柱底與樓版面底部空氣的徹底排除4.連接成框架后結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，現(xiàn)逐一說明各關(guān)鍵質(zhì)量該如何達(dá)成與管控：

1.   鋼筋出筋精度的質(zhì)量管理:

鋼筋出筋精度不精確時，是無法進(jìn)入套筒的，故在樓版灌漿前，鋼筋精度的管控是非常重要，工程人員需管理每個步驟與最終的精度，并記錄每個步驟的數(shù)值，無法推責(zé)給工人，在此愿將潤泰發(fā)展出來的裝配式建筑基礎(chǔ)柱筋精準(zhǔn)定位工具及定位方法向大家說明（注1）:

1.1在墊層上放樣柱邊線和中心線，精準(zhǔn)定位柱位置。

1.2根據(jù)柱邊線和柱中心線定位并固定定位底座，此底座控制鋼筋籠的底部位置。

1.3基礎(chǔ)下層板筋綁扎。

1.4將下格網(wǎng)箍(潤泰研發(fā)的工具)固定在定位底座上，下格網(wǎng)箍的網(wǎng)格對應(yīng)插入柱筋，且柱筋頂部需多留10cm的長度吸收誤差。

1.4基礎(chǔ)柱箍筋綁扎。

1.5基礎(chǔ)上層板筋綁扎。

1.6上格網(wǎng)箍按網(wǎng)格穿入對應(yīng)柱筋進(jìn)行安裝，上格網(wǎng)箍低于樓板完成面以下至少5mm。  

1.7取四只可調(diào)式定位套筒，分別安裝于四個角落的柱筋上，通過螺桿先調(diào)節(jié)好可調(diào)節(jié)套筒與柱筋的相對位置以確定好灌漿面高度，保證安裝面高度，然后再安裝定位板，最后再安裝其它的防灌漿污染套筒，其中可調(diào)節(jié)套筒的止擋凸起位于定位板下方，防灌漿污染套筒的止擋凸起位于定位板上方；調(diào)整柱鋼筋籠，以定位板比對檢核柱中心線，進(jìn)入容許誤差范圍內(nèi)時，則將上格網(wǎng)箍與附近之鋼筋焊牢，以防灌漿時移位，工程人員需留下灌漿前的精度記錄，隨時提供備查。

1.8完成基礎(chǔ)柱筋調(diào)整與定位故結(jié)，澆筑混凝土。

1.9基礎(chǔ)混凝土凝固后，柱筋出筋與上部預(yù)制柱套筒連接。樓板板面灌漿時，出筋的保護(hù)是非常重要，如果不保護(hù)，出筋外表沾滿混凝土又未敲除，直接進(jìn)入套筒續(xù)接，此時高強(qiáng)度續(xù)接砂漿抓到的不是鋼筋，而是鋼筋表面的 混凝土，如此續(xù)接鐵定失敗。小結(jié)，續(xù)接出筋的精度與表面潔凈是鋼筋套筒續(xù)接的必檢工作，也是關(guān)鍵質(zhì)量的查核點(diǎn)。

1.10  預(yù)留出筋精度不準(zhǔn)的探討：

1.10.1 產(chǎn)生原因?yàn)槲匆狼笆稣_程序施做，未在每個步驟檢核精度。

1.10.2 套筒許容誤差過小，美、日續(xù)接套筒的容許誤差為+-10mm，而國內(nèi)套筒一般的容許誤差只有+-5mm～+-7mm，約為國外的1/2，故施工精度需較國外提高兩倍，另一解為改采用容許誤差為+-10mm套筒，潤泰容許誤差+-10mm的全套筒已通過檢驗(yàn)。

1.10.3當(dāng)發(fā)現(xiàn)工地出筋不準(zhǔn)，切鋼筋絕對是錯誤的，正確的矯正程序?yàn)樵阡摻罡康幕炷寥コ蛏?~3cm（混凝土強(qiáng)度需達(dá)可打石之強(qiáng)度），再將鋼筋以小于1:6之斜率彎至可進(jìn)入套筒的位置內(nèi)，此程序繁復(fù)，故最好還是將鋼筋出筋精度做準(zhǔn)，一次做對。

2.      套筒與鋼筋連接的質(zhì)量:
為確保續(xù)接套筒與砂漿質(zhì)量是合格，使用的套筒與砂漿必須通過《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ355-2019》與《鋼筋連接用灌漿套筒JGT398-2012》的檢驗(yàn)試驗(yàn)，取得合格證明，方得使用。

每批套筒進(jìn)貨時，需立即依JGT398規(guī)定抽樣套筒并進(jìn)行試驗(yàn)，以確保無不合格品。

套筒與鋼筋連接的質(zhì)量，除套筒外尚須現(xiàn)場正確的灌注工序，方能確保質(zhì)量； 在此將正確的砂漿施工工序，向大家說明：

2.1續(xù)接砂漿灌漿之施工工序套筒續(xù)接砂漿施工依其特性說明如下：

2.1.1先檢查套筒續(xù)接砂漿是否仍在有效期間內(nèi)，超過6個月上禁止使用；3~6個月需過#8號篩去除硬塊后使用。

2.1.2續(xù)接套筒內(nèi)部以小手電筒檢查，必須以高壓空氣清潔干凈。

2.1.3柱底四周封模，可采用砂漿或木材為之，必須確實(shí)避免漏漿。

2.2.4徹底檢查灌漿機(jī)具是否干凈，尤其輸送軟管不應(yīng)有殘余水泥硬塊。

2.1.5攪拌水須做氯離子檢測，不能含有氯離子。

2.1.6量測并記錄當(dāng)日天氣、氣溫、水溫、續(xù)接砂漿溫度與濕度。

各家材料對溫度的敏感程度不一，但都有共同點(diǎn)，就是溫度低時，續(xù)接砂漿強(qiáng)度發(fā)揮慢且弱，故在15度C以下執(zhí)行套筒續(xù)接砂漿灌注時，要特別留意其強(qiáng)度之發(fā)揮，當(dāng)需求接強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)時，嚴(yán)禁繼續(xù)加載于預(yù)制豎向構(gòu)件上，例如版面的灌漿。

參考例：套筒續(xù)接砂漿強(qiáng)度對溫度之曲線  

2.1.7套筒續(xù)接砂漿用水量以產(chǎn)品之使用說明為準(zhǔn)，不得任意增減用水量。 (例:潤泰-mix每包續(xù)接砂漿用水量為3.4公升 ± 0.2公升)。

2.1.8續(xù)接砂漿攪拌時間必須攪拌均勻后再攪拌2分鐘，且禁止使用鋁制攪拌器(鋁制攪拌器的鋁粉脫落會造成砂漿產(chǎn)生超額的膨脹率)。

2.1.9記錄流度值、濕度與溫度檢核流度值是否滿足使用廠牌所要求的數(shù)值范圍。(例：潤泰-mix的流度為20cm~30cm)

2.1.10每日均需做一組續(xù)接試體與兩組抗壓試塊，作為日后檢測所用。試體必須與現(xiàn)場預(yù)制柱放于相同之養(yǎng)護(hù)環(huán)境，并綁扎固定牢靠不受擾動。

2.1.11灌漿時由底部注入，由頂部流出至圓柱狀，方能以塑料塞塞住。

2.1.12灌漿作業(yè)之障礙處理遇有爆模必須立即處理，每支套筒內(nèi)必須充滿續(xù)接砂漿，不能有氣泡存在。若有爆模污染外墻面必須立即清洗，隔日則無法處理。如果遇有無法出漿之情形，應(yīng)立即停止灌漿作業(yè)，排除無法出漿之障礙。灌漿完成后必須將工作面清潔干凈，所有施工機(jī)具也一并清洗干凈。

 2.1.13合格施工人員發(fā)證之建議

       套筒續(xù)接砂漿作業(yè)于裝配式建筑的重要性就如電焊作業(yè)于鋼結(jié)構(gòu)工程，我們對電焊均要求要有焊工證照，同樣地套筒續(xù)接砂漿作業(yè)建議可以考慮發(fā)照，以利管理；在發(fā)照制度未施行前，則由工程人員嚴(yán)格依施工步驟執(zhí)行。例：日本東京鐵鋼所發(fā)證照。                        

3.      柱底與樓版面底部空氣的徹底排除:

當(dāng)套筒與鋼筋續(xù)接無疑后，接著就要確保柱子底部無殘留空氣或氣泡，為確保空氣的徹底排除，潤泰在工藝上于柱底中心處增設(shè)了一支排氣管（注2），排氣管高度需高于套筒的上出漿高度。

4.   連接成框架后結(jié)構(gòu)的質(zhì)量:

為了確保裝配式豎向結(jié)構(gòu)灌漿套筒續(xù)接之安全，潤泰潤弘精密工程股份有限公司，多年前即以近實(shí)體大小之試體，針對采用灌漿套筒之預(yù)制梁柱接頭進(jìn)行側(cè)力和軸力加載試驗(yàn)，由滯回曲線結(jié)果顯示出預(yù)制結(jié)構(gòu)之性能表現(xiàn)不劣于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)對照照片如下：                          

另外，日本也對于預(yù)制柱構(gòu)造之柱腳接縫和主筋套筒續(xù)接的影響進(jìn)行側(cè)力和軸力加載試驗(yàn)，亦同樣得出預(yù)制結(jié)構(gòu)不劣于現(xiàn)澆強(qiáng)度之試驗(yàn)結(jié)果。

國內(nèi)也有不少專家學(xué)者針對這種套筒灌漿連接進(jìn)行研究，例如清華大學(xué)錢稼茹教授等人(注3)利用5個剪跨比相同的剪力墻試體試驗(yàn)證明：套筒灌漿連接能夠有效傳遞豎向鋼筋的應(yīng)力，使用套筒連接的剪力墻破壞機(jī)理與現(xiàn)澆構(gòu)件基本一致。

結(jié)語

裝配式豎向受力構(gòu)件連接系統(tǒng)的可靠度在這五十多年內(nèi)，全球各地區(qū)有無數(shù)多個項(xiàng)目可以證明在技術(shù)上及實(shí)務(wù)上是絕對可行，亦已經(jīng)無數(shù)的地震考驗(yàn)，這些高樓有達(dá)200多米的超高層，只要有明確清晰的施作流程和工地管理及責(zé)任體系，就能將質(zhì)量維持在標(biāo)準(zhǔn)上。建筑工程的現(xiàn)代化在推進(jìn)與發(fā)展過程中，初期因經(jīng)驗(yàn)不足必然會遇上些許瓶頸，在了解問題所在后，非常容易突破現(xiàn)有障礙，在技術(shù)與創(chuàng)新全面提升的同時，工程人員更應(yīng)接受新工法、新觀念且同步提升管理系統(tǒng)，確保工程質(zhì)量，迎向新時代的來臨。

注1：尹衍梁、詹耀裕，一種裝配式建筑基礎(chǔ)柱筋精準(zhǔn)定位工具及定位方法(專利號：201611242386.2)

注2：尹衍梁，預(yù)鑄柱的續(xù)接外排氣結(jié)構(gòu)(ZL專利號：03257075.9)

注3：錢稼茹、彭媛媛、張景明等. 豎向鋼筋套筒漿錨連接的預(yù)制剪力墻抗震性能試驗(yàn). 建筑結(jié)構(gòu).2011(2):41-46